Quantencomputer mit sehr großen Qubit-Zahlen gelten als Voraussetzung für Anwendungen in Material- und Medikamentenentwicklung, Logistik, Energieversorgung sowie KI. Forschende des Forschungszentrums Jülich entwickeln dafür kryogene integrierte Schaltungen, um aktuelle Skalierungsgrenzen zu durchbrechen.
Quantencomputing soll künftig dazu beitragen, bessere Medikamente und Materialien zu entwickeln, komplexe Systeme in Logistik, Finanzen und Energieversorgung zu optimieren, große Datenmengen schneller zu durchsuchen und KI-Anwendungen voranzubringen. Dafür braucht es jedoch eine deutlich größere Zahl zuverlässiger elektronischer Komponenten, als heutige Systeme bereitstellen können.
Forschende des Forschungszentrums Jülich entwickeln deshalb integrierte Schaltungen, um aktuelle Grenzen bei der Skalierung des Quantencomputings zu bewältigen. Ein zentrales Problem ist die Anbindung der Qubits an die benötigte Elektronik: Die aktuell verfügbare Kühlleistung reicht für weniger als 1000 Koaxialkabel, zugleich verursachen schon 150 Qubits Verkabelungskosten von rund 4 Millionen US-Dollar.
Der Ansatz setzt auf kryogene, integrierte Elektronik. Entwickelt werden extrem leistungsarme ICs. Dazu gehören qubit-bewusstes Design kryogener integrierter Schaltungen und qubit-spezifische elektronische Architekturen. Hintergrund ist, dass die große Zahl benötigter zuverlässiger Elektronik kommerzielle Lösungen erfordert.
Bereits umgesetzt wurden kryogene ICs für Qubit-Biasing, Qubit-Auslese, Qubit-Shuttling und Qubit-Manipulation. In Zukunft sollen weitere Systemkomponenten als kryogene ICs entwickelt, diese systemisch integriert und lokale Regelkreise implementiert werden.
Weitere Themen sind Beratung zu kryogenen ICs und Systemintegration, die industrielle Entwicklung kryogener Schaltkreise sowie die experimentelle Systemintegration in kommerzielle Quantensysteme.
Weitere Informationen: https://www.ica.fz-juelich.de/
Director of the Peter Grünberg Institute - Integrated Computing Architectures (ICA | PGI-4) & Full Professor Communication Systems, University of Duisburg-Essen
